声表面波标签工作原理及应用
声表面波传感器的原理及应用综述
谐振型声表面波传感 器将 ＩＤＴ置 于 ２个全反 射的反射 栅间。激励的声表 面波 的频 率与谐 振器 频率 相 等时 ，声表 面波 在反 射栅 间 形成 驻波 ，反射 栅 反射 的能 量 达到 最大 。 外部激励信号 加载 在输 入 ＩＤＴ上 ，ＩＤＴ将 电信 号转 换为 声 表面波 ，声表面波沿压 电晶体表 面向两边传 播 ，经两侧 反射 栅反射叠加 由输 出 ＩＤＴ输 出 ，最终实现声／电转换 。
２０１８年 第 ３７卷 第 ４期
。 、
综述与评论 （Ｉ
ｓ ｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ＤＯＩ：１０．１３８７３／Ｊ．１０００－９７８７（２０１８）０４－０００１－－０４
声 表 面 波传 感 器 的原 理 及 应 用 综 述
潘 小山 ，刘芮彤 ，王 琴 ，李功燕
（１．中国科 学院 微电子研究所 。北京 朝 阳 １０００２９； ２．国网辽宁省电力有 限公司 电力科学研 究院 ，辽宁 沈 阳 １１０００６）
摘 要 ：详 细论 述了声表面波传感器 的工作模式 、工作原理 ；结合 目前声表 面波传感 器的发展 状况 ，详细 论述 了声表 面波在智 能变电站 、电力设 备 、列车 、湿度检测以及在复杂多变环境 中的应用 ；对声表面波传感 器 的发 展 给 出 了展 望 。 关键词 ：声表面 波 ；传感器 ；工作原理 ；应 用 中图分 类号 ：ＴＰ２１２．９ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０００－９７８７（２０１８）０４－０００１－０４
声表面波基础知识
• 可以将一个δ脉冲展宽 ，或者将展宽的信号压缩，解决信号探 测的距离与分辨率的矛盾
– 卷积器
• 声表面波非线形效应的很好应用。
• 声表面波的新的应用领域
– 标签
• 与IC 的RFID相比，具有无源，没有功耗，探测距离 远等特点
– 声表马达
• 完全不同于传统的电磁驱动，在极微小的领域运用。
SHOULDER
SAW
多媒体用的中频滤波器 2. 1 伴音滤波器典型特性曲线
以AF389A14Dc为例
一般在晶片的两端还涂有吸声材料，以吸收端面反射的声表面波。
如果改变IDT指条的长度，那么连 接不同汇流条的相邻指条的重叠 长度也发生改变，称为对叉指换 能器的加权。 采用不同的加权方式就能得到不 同的声表面波滤波器的特性。 电视中频滤波器是声表面波滤波 器中最经典，最具特色的滤波器 之一，一般是由一个等指长的宽 带换能器和一个加权换能器组成。 这种滤波器设计的关键是设计加 权换能器，也就是说关键是指条 的重叠区域（包络线以内的部分）
IDT of SHOULDER BF36A8Dc
The outline sketch of two input IDT’s
Compare BF36A8Dc with E X6874D
Frequency response
Group delay
4-2. VF389A1Dc VS K3953D Input IDT of E K3953D
切指加全换能器的特点是加权灵活，精度高，缺点是由于指条长度的不等的， 为了使发射换能器的信号能够都被接收换能器有效接收，接收换能器的指条 长度一般情况下都要大于或等于发射换能器的声孔径，所以，通常情况下， 一个换能器采用切指加权，而另一个换能器采用等指长的宽带换能器（非加 权）。 为了提高滤波器的矩形系数和阻带抑制，需要将两个换能器都进行加权。 多条耦合器能很好地解决这个问题。 多条耦合器是有很多周期排列的金属条组成的，它能将声表面波从一个传输 路径耦合到另一个路径，而其他模式的波不能耦合，所以对体波具有很好的 抑制作用。
声表面波标签的振幅检测方法与阅读器设计
ｘ） ｓ） ｎ） 【（＋ ］ Ｓｃ ｔｔｉ （ ＝（ ＋ （＝Ｆｆ ａ ＯＣ —ｌ ）ｎ ｔ ｔ ｔ ／ ） Ｃ ｔ ｓ ｓ ， ｃ Ｏ （
把 上 式 表 示 成 正 交 形 式 可 得
（ ６ ）
（ ７ ）
ｘｔ＝ Ａ ）ｏ ｆ ｎ（ ｓ ｆ Ｐ （ ｃｓ ｆ （ 】 （ ｘ ｔ ｓ — ｓ ）ｉ ） ｃ ｔ ｎ ＝ ｘ ）ｏ［ ） ｔ （ ＋ ｆ ）
其 各 分 ＝ ｘｔ （ ｐｔ ｆ￣） ｆ ） （＋ ）
ｎ ） ｃ
（） ３
（ ＝ ．ｔ ｏ Ａ ） Ｈ（ ＝ ． ）ｉ ｆ ｐ （ ｃｓ，ｔ ｓ ） ｐ （ ｓ ） ） ｇ ， ｆ ｔ ｎ
ｓｔ＝ａ ｏ ， （ ） ｃｓ
（） ４
（） ５
阅读 器发射 的查询 信号是 以 ｆ ＝ ／ 兀 中心频率 ，带 宽为 （ ＜ ） ｃ ２ 为 曰＜ 的高频限带 信号 ，可表示 为
能 的决 定性 因素 。根 据标 签 回波信 号 的特 点 ，结合 回波信 号 的判 决条件 ，给 出了常振 幅下 声表 面 波标 签 回波 信号 的检测 系统 结构 。通过 对检测 概率 的分析 ，得 出在 大信噪 比条件 下 ，信 号加 噪声 的相位 主要 集 中在 信 号的相位 值 附近。在 理论 分析 的基础 上 ，设 计 了振 幅检 测 型的标 签 阅读器 。
声 表 面 波 标 签 的 振 幅 检 测 方 法 与 阅读 器 设 计
李庆 亮 ，姜 俊侠 、
声表面波简介
声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。
早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。
1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。
但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。
直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。
1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。
1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。
特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。
声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。
所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。
声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。
整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。
声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。
声表面波标签特点的重新说明
声表面波标签特点的重新说明标题：重新说明声表面波标签的特点简介：声表面波标签是一种集成电路芯片，适用于物联网、电子支付和访问控制等领域。
它利用声表面波技术实现数据的无线传输和身份验证功能。
本文将重新说明声表面波标签的特点，包括其工作原理、应用领域、安全性、成本效益和局限性。
引言：声表面波标签是一种基于声表面波技术的无线识别标签，通过接收和发送声表面波信号，实现数据的无线传输和身份验证。
与传统的RFID 技术相比，声表面波标签具有许多独特的特点和优势。
在本文中，我们将重新说明声表面波标签的主要特点。
一、工作原理：声表面波标签利用声表面波技术，将数据编码成声表面波信号，并通过射频信号的反射和接收来实现数据的传输和身份验证。
声表面波标签在接收到射频信号后，通过发射声表面波信号，与读取设备进行通信。
这种工作原理使得声表面波标签可以实现远距离的无线传输和高速数据传输。
二、应用领域：声表面波标签广泛应用于物联网、电子支付和访问控制等领域。
在物联网领域，声表面波标签可以用于实现智能家居、智能工厂和智能物流等领域的设备连接和数据传输。
在电子支付领域，声表面波标签可以用于实现移动支付和无接触式支付。
在访问控制领域，声表面波标签可以用于实现智能门禁系统和身份验证。
三、安全性：声表面波标签在数据传输和身份验证方面具有高安全性。
声表面波信号的传输受到物理限制，难以被窃听或干扰。
此外，声表面波标签还可以使用加密算法和身份验证协议，提高数据的安全性和可靠性。
四、成本效益：声表面波标签的生产成本相对较低，可以大规模生产和应用。
与其他无线识别技术相比，声表面波标签具有更低的生产成本和更高的性能。
这使得声表面波标签在各个领域的应用更加具有成本效益。
五、局限性：声表面波标签的局限性在于其传输距离相对较短，并且对环境干扰敏感。
此外，由于声表面波信号的传输特性，声表面波标签在复杂环境下的性能可能受到一定限制。
总结：声表面波标签是一种基于声表面波技术的无线识别标签，具有工作原理简单、应用领域广泛、安全性高、成本效益高等特点。
最新声表面波器件原理及其应用1.教学讲义PPT
声表面波器件原理
发现：1885年瑞利，也称瑞利波 表面波：在任何材料或切向上普遍
存在 应用：地震、勘探、探伤
压电效应
▪ 受到压力产生电荷
F
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ －－－－－－－－－－－－
声表器件的基本结构
汇流条
屏蔽条
叉指换能器
晶体抛光面 晶体背面打毛或刻沟槽488
3000
3992
3295
3158
2500
2000 YZ铌酸锂 128铌酸锂 112钽酸锂 ST石英
声速
常用压电晶体的参数－机电耦合系数
6.00% 5.00%
4.80%
5.40%
4.00%
3.00%
2.00%
1.00%
0.75%
0.00% YZ铌酸锂 128铌酸锂 112钽酸锂
KFRD-70F0/Y(00).DK.01 KFRD-35F0/Y(00).DK.01
积聚 积聚
长配管Q4机主控板 室内
KFRD-70Q4/YC.DK.02 KFRD-120Q4/SYC.DK.02
锐钜 锐钜
U系列
常规配管Q4机主控板
KFRD-120Q4/SYO.DK.02 KFRD-70Q4/Y0.DK.02 KFR-50Q4/Y0.DK-01
锐钜/积聚 锐钜/积聚 锐钜/积聚
KFRD-120Q4/SY-B(00).DK.01
锐钜/积聚
U系列双能源室内主控板
KFW-50F3/Y(00).DK.01 KFRW-70F3/Y(00).DK.01
锐钜 锐钜
U系列长配管室外主控板
KFR-120W/SC.DK.01.01
锐钜
声表面波标签工作原理及应用
声表面波标签1、声表面波射频标签声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。
2、声表面波射频标签的工作原理SAW标签采用反射调制方式完成射频标签信息向阅读器的传送，主要由压电基片、叉指换能器、反射栅和天线组成，在压电基片上以平面电极结构制作叉指换能器和反射栅。
声表面波标签通过天线接收到高频脉冲信号，该信号传至叉指换能器，由于基片的逆压电效应，换能器激发出同频的SAW，该SAW沿基片表面传播，到达一系列紧密排列编码的反射栅后，部分能量可以反射到叉指换能器，通过基片的压电效应再次转变成电磁波由天线发射回来。
如果将反射器组按某种特定的规律设计，使其反射信号表示规定的编码信息，那么阅读器接收到的反射高频电脉冲串就带有该物品的特定编码。
通过解调与处理，达到识别标签的目的。
3、声表面波射频标签的应用在各式各样的电子产品及无线通讯产品中，都会牵涉到信号的接收与发射。
为了确保信号的质量，在系统设计时，会使用到数量不一的滤波器。
滤波器的种类很多，有陶瓷滤波器、LC滤波器等，各依所对应之频率范围、频率响应特性、价格之不同而在使用上有所分别。
SAW滤波器是利用电磁波与声波的特性进行传播的。
表面声波是一种独特的机械波，它沿着晶体表面行进时，在垂直晶体表面的方向，能量会以指数形式衰减（就是说衰减非常非常快），而当其深入超过一个波长深度时，能量密度则降为在表面时的十分之一，因此这种波在晶体表面行进时，最主要的优点就是能量能够集中于表层。
这种独特的性质，使得声表面波元件可以很容易地运用其所携带之能量。
早期应用雷达、广播作为六十年代末期（85后父母一代哦）才发展起来的一门新兴科学技术，声表面波技术是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度是电磁波的十万分之一（最快的飞机1000Km/h，它的1/100000是10m/h，比蜗牛似乎快一点？），在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
声表面波标签的特点
声表面波标签的特点声表面波标签（Surface Acoustic Wave Tags，SAW标签）是一种无源无源电子标签，它利用声表面波技术实现数据的传输和存储。
它具有许多独特的特点，使其在各个领域广泛应用。
本文将深入探讨声表面波标签的特点，并分享对其的观点和理解。
一、声表面波标签的基本原理声表面波标签的基本原理是利用声表面波传感器和反射器实现数据的传输。
当读写设备中的射频场与标签中的天线共振时，数据被通过声表面波传感器转化为声表面波信号，并在反射器中反射回来。
读写设备通过解码声表面波信号来获取数据，并实现对标签的读写操作。
二、声表面波标签的特点1. 高安全性：声表面波标签采用接触式读写方式，相比于其他无源电子标签（如RFID标签），其读写距离更短，减少了无意中被非法读取或克隆的风险，提高了数据的安全性。
2. 高可靠性：声表面波标签的数据传输基于声表面波技术，可以克服传统电磁波通信中的多径效应和多径干扰问题，减少信号的丢失和干扰，提高了数据传输的可靠性。
3. 高读取精度：声表面波标签的传感器具有较高的灵敏度，可以实现高精度的数据读取。
这使得声表面波标签在要求读取精度较高的场景中得到广泛应用，如物流追踪、库存管理等。
4. 高适应性：声表面波标签可以工作在不同频率范围内，具有很强的适应性。
由于其无源无源的特点，不需要电池供电，可以在各种环境下工作并且具有较长的使用寿命。
5. 大容量存储：声表面波标签中的反射器可以根据实际需求设计成各种形式，从而提供不同容量的存储空间。
这使得声表面波标签适用于不同规模和需求的应用场景。
三、对声表面波标签的观点和理解声表面波标签作为一种新兴的无源无源电子标签技术，具有广泛的应用前景。
我对于声表面波标签的特点和优势表示认同。
声表面波标签的高安全性对于一些对数据安全性要求较高的场景具有重要意义。
在金融领域和军事领域，声表面波标签可以有效防止敏感信息被非法读取或篡改，提高数据的安全性。
声表面波传感器的工作原理
声表面波传感器的工作原理发布时间：2021-09-16T02:31:42.791Z 来源：《教育学》2021年6月总第253期作者：逄珂李英棣邓海峰吴一丁少娜[导读] 会改变声传播速度等特性，通过检测声速变化量，可以表征待测参量的大小。
91206部队山东青岛266100摘要：如今，传感器在我们生活中发挥着非常重要的作用，如移动设备采用环境光传感器来优化显示，同时利用加速度传感器实现高水平的交互性；汽车采用了接近传感器来避免事故。
声表面波传感器是一种利用声表面波芯片作为传感元件，以声表面波速度或频率的变化来表征被测量的传感器。
本文主要对声表面波传感器的工作原理及模式进行了阐述。
关键词：声表面波传感器原理声表面波传感器是一种对生物、物理、化学等物质量进行检测的新型传感器，它利用IDT和晶体的压电效应激发声表面波，使其以一定的声波速在输入输出换能器之间的压电基片表面传播，如果在声波传播路径上施加如压力、温度等被测参量时，会改变声传播速度等特性，通过检测声速变化量，可以表征待测参量的大小。
一、声表面波传感器的定义表面声波(Surface Acoustic Wave,SAW)首先由Rayleigh勋爵解释，他描述了压电材料中声波传播的表面模式。
后来，White和V oltmer通过使用叉指式换能器(IDT)发现了一种产生表面声波的简便方法，从此，SAW器件因其各种优点在许多领域发挥了重要作用。
声表面波传感器是一种对生物、物理、化学等物质量进行检测的新型传感器，其原理是由于物理量变化，声表面波振荡器频率也发生变化。
就现在传感器元件的发展，可以制作成研究气体、压力、温度等参数的传感器。
它通过监测声波在毫米大小的压电基板上的调制来工作，小尺寸的声表面波传感器允许它们对环境参数的变化做出快速反应。
此外，频率调制的使用使它们能够进行精确的测量，这在很大程度上不受信号衰减的影响。
二、声表面波传感器的结构类型SAW传感器的类型各种各样，按其供电方式可以分为有源传感器和无线无源传感器两种。
声表面波射频标签简介(轮胎)
声表面波射频标签简介1. 工作原理天线读写器电磁波声表面波标签天线图1 SAW RFID基本原理声表面波（SAW）器件用于电视机和无线通讯的滤波以及广为人知，但声表面波器件用于RFID和无线传感器是最近15年发展起来的。
如图1所示，基于SAW技术的RFID系统由读写器和SAW标签组成。
SAW标签由天线和制作在压电材料上的叉指换能器及反射栅组成。
SAW RFID系统的工作原理与雷达系统相似：当标签上的叉指换能器接收到读写器发送的无线脉冲查询信号后，根据压电材料的逆压电效应，在压电衬底材料上转换为SAW，该表面波便在压电晶向方向传播。
经过一段延迟时间后到达反射栅，一部分能量被反射回叉指换能器，另一部份能量透射继续向前传播。
根据正压电效应，被反射回叉指换能器的SAW 脉冲再次被转换成电信号而由标签天线发送回读写器。
利用反射回波脉冲的时延、幅值、相位或频率可实现标签编码。
国际著名的专业调查机构IDTechEx还将SAW技术实现的RFID列为最重要的第二代无芯片式标签技术之一。
2. 声表面波射频标签与IC射频标签的比较由于SAW RFID与IC-RFID在原理上的本质区别，它们具有各自不同的特点。
下面分别对比二者的优缺点。
SAW-RFID具有以下优点：（1）SAW标签是纯无源的，只是被动地反射查询信号。
只要SAW-RFID回波信号能量超过接收机等效热噪声功率即可；IC标签则需要射频信号供能，只有供能信号的能量超过半导体整流电压阈值后才能开始工作。
因此，SAW-RFID 比IC 标签读取范围大，信号穿透能力强，更适用于贴在金属或内含液体的物体表面上。
IC标签必须在背面加贴铁氧体等导磁物体，增加了成本。
（2）由于声表面波标签利用的是压电材料，不牵涉半导体材料中电子的迁移过程，因此可高、低温（-200-500℃）等恶劣环境下使用，可以承受强射线辐射（在10 MRad强度下γ射线辐射下信号无明显变化）。
（3）读取速度快，能用于识别高速运动物体；Siemens公司的SOFIS声表面波系统已成功用于挪威奥斯陆汽车过桥自动收费系统以及德国慕尼黑火车进站定位系统，能识别速度达300千米/小时的高速运动物体。
声表面波传感器的应用
声表面波传感器的应用发布时间：2021-08-06T02:34:49.855Z 来源：《教育学文摘》2021年6月总第374期作者：逄珂李英棣邓海峰张健傅伟[导读] 抗干扰能力强数字化、易批量生产、体积小、重量轻、功耗低等众多优点，应用十分广泛。
91206部队山东青岛266100摘要：声表面波传感器是一种利用声表面波芯片作为传感元件，以声表面波速度或频率的变化来表征被测量的传感器。
它具有灵敏度高，性能稳定等优点，由于声表面波传感器是由压电材料构成，使得这种传感器具有优良的抗高压及电磁辐射能力，其工作环境取决于压电材料和金属膜的耐受程度，选用的材料合适，就可工作于极端环境，本文主要对声表面波传感器的部分实际应用进行综述。
关键词：声表面波传感器应用声表面波简称SAW(Surface Acoustic Wave)是一种沿弹性基体表面传播的声波，任何固体表面都存在这一现象。
某些外界因素(温度、压力、加速度、磁场、电压等)对SAW的传播参数都会造成影响，根据这些影响与外界因素之间的关系，可以研制出测量各种物理、化学参数的SAW传感器，该类传感器具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强数字化、易批量生产、体积小、重量轻、功耗低等众多优点，应用十分广泛。
一、温度传感器应用表面波速度取决于温度，并由用于制造声波传感器的结晶材料的取向和类型决定。
振荡频率由叉指换能器周期和波速决定，当外界温度改变时，其振荡频率也会改变。
df/f=dv/v-dl/l (9)对于普通的晶体材料，温度的变化对材料长度的影响不大，所以温度对速率的影响主要是由声表面波波速随温度变化而引起的。
基于SAW延迟线振荡器的温度传感器具有毫秒级分辨率、良好的线性度和低滞后。
但是，SAW传感器对质量负载非常敏感，因此SAW温度传感器必须密封在密封包装中。
最近，据报道，一个124-MHz ST切割石英SSBW温度传感器的温度系数为32ppm/℃，分辨率为0.22℃。
声表面波SAW
声表面波（SAW）传感是一种新型的检测技术2008-06-16 23:31:52摘要：声表面波（SAW）传感是一种新型的检测技术。
近几十年来，人们对SAW基本性质的认识越来越深入，使这门年轻的学科逐步发展成为一门新兴的、声学和电子学相结合的边缘学科。
声表面波技术的应用已涉及到许多学科领域，如地震学、天文学、雷达通信及广播电视中的信号处理、航空航天、石油勘探和无损检测等等。
随着微电子技术、集成电路技术、计算机技术和材料、微细加工技术的迅速发展，声表面波传感器的研究也应运而生，具有一个十分巨大的发展空间和应用前景。
本文讨论了把传感器、DSP、对测量值进行评估的智能器件集成在一起的完整系统。
关键词：声表面波；传感器；FPGA；DSP1. 引言在现代信息社会中，目标辨识已经得到了广泛的应用。
例如超市中货物的识别、图书馆中书刊的识别、银行磁卡等都是目标识别系统应用的实例。
尤其是近年来，自动识别方法在许多服务领域、在货物销售与后勤分配方面、在商业部门、在生产企业和材料流通领域、在智能交通管理等方面得到了快速的普及和推广。
在几年前，条形码——纸带在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛的认同与应用。
但是随着现代社会的发展，这种技术在越来越多的情况下不能满足人们的需求了。
条形码虽然便宜，但它的不足之处在于存储能力小以及不能改写。
目前，另一种广泛使用的技术是接触式IC卡（电话IC卡、银行卡），它是将数据存储在一块硅芯片里。
然而，在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的。
特别是对于运动目标或不可触及的目标更显得无能为力。
于是研究更好的目标识别技术尤其是非接触识别技术，有了它深刻的现实意义。
近年来，非接触识别已经逐步发展成为一个独立的跨学科的专业领域。
这个专业领域与任何传统学科都不相同。
它将大量来自完全不同专业领域的技术综合到一起：如高频技术、电磁兼容性、半导体技术、数据保护和密码学、电信、制造技术和许多专业应用领域。
RFID系统基本原理
声表面波RFID的主要优点有： （1）读取范围大且可靠，可达数米；
（2）可使用在金属和液体产品上；
（3）标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低； （4）不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达300km/h的高速运动物体。 （5）可在高温差（-100℃～300℃）、强电磁干扰等恶劣环境下使用。
的电路，以提高声表面波标签的性能。
四、声表面波标签的识别原理
（3）应用小型低成本且适合待识别物品的电子标签天线 为增加识别距离和提高识别可能性，应尽量加大天线尺寸，但在 一些应用中，却希望标签尺寸越小越好。因此，小型且低成本适 合待识别物品的电子标签天线是应用的关键。
四、声表面波标签的识别原理
（4）封装 由于标签附着的物品和使用环境千差万别，所以其封装结构各有特色，它们 都必须达到以下几个要求。 保证压电芯片在工作寿命期间能耐受外部环境应力及其变化，不造成性能 恶化。
三、电磁反向散射RFID系统
2、反向散射调制 雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。
当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部
分以不同的强度散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反 射回发射天线，并被天线接收（因此发射天线也是接收天线）， 对接收信号进行放大和处理，即可获得目标的有关信息。
补充。
SAW标签应用领域非常广泛，包括物流管理、路桥收费、公共交通、门禁 控制、防伪、超市防盗、航空行李分拣、邮包跟踪、流水线控制与跟踪、 体育竞赛等。同时也适用于压力、应力、扭曲、加速度 和温度等变化参数 的测量，如铁路红外轴温探测系统的热轴定位、轨道衡、超偏载检测系统、
汽车轮胎压力等。
四、声表面波标签的识别原理
第8章声表面波
5
常用的声表面波Biblioteka 件材料在实际应用中， 在实际应用中，对压电基片材料的基本要求包括较大的机电耦 合系数，零或较小的温度延时系数，较低的传播损耗， 合系数，零或较小的温度延时系数，较低的传播损耗，同时这 种基片材料还要易于生产，便于加工，价格合理。 种基片材料还要易于生产，便于加工，价格合理。 目前使用的SAW基片材料有单晶压电材料（重复性好、 目前使用的SAW基片材料有单晶压电材料（重复性好、可靠性 SAW基片材料有单晶压电材料 声表面波传播损耗小， 高、声表面波传播损耗小，但是一般难以同时满足机电耦合系 数高，而温度系数又要小的要求，且一般它们是各向异性材料， 数高，而温度系数又要小的要求，且一般它们是各向异性材料， 所以需要有高精度的定向切割技术）、压电陶瓷（ 所以需要有高精度的定向切割技术 、压电陶瓷（机电耦合系 数大，其横向各向同性，容易制成任意形状，价格低廉， 数大，其横向各向同性，容易制成任意形状，价格低廉，工作 频率受限，一致性差） 压电薄膜（ 频率受限，一致性差）和压电薄膜（压电薄膜和非压电衬底形 成了多层结构， 成了多层结构，表面波传播特性则由压电薄膜和衬底的特性共 同决定，方便集成）三种。 同决定，方便集成）三种。
2
8.1 概述
声表面波SAW（Surface Acoustic Wave）是一 （ 声表面波 ） 种能量集中在介质表面传播的弹性波， 种能量集中在介质表面传播的弹性波，最早是 由英国物理学家瑞利在1885 1885年研究地震波传播 由英国物理学家瑞利在1885年研究地震波传播 过程时发现的。 过程时发现的。 1965年美国的 利用叉指换能器 1965年美国的White和Volrmov利用叉指换能器 年美国的 和 利用 IDT（ Interdigital Transducer） 直接在 压电介 （ ） 直接在压电介 上有效地激励出SAW后，SAW技术才很快地 质上有效地激励出 后 技术才很快地 发展起来。 发展起来。
声表面波扭矩传感器的原理及应用综述
2021年第40卷第3期传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies)5DOI：10. 13873/J.1000-9787(2021)03-0005-03声表面波扭矩传感器的原理及应用综述$李志鹏，孟旭，张超，王博男(东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要：阐述了声表面波(SAW)及其器件的分析理论、模型、工作模式;论述了声表面波扭矩传感器的工作原理;结合目前声表面波扭矩传感器的应用情况,论述了声表面波扭矩传感器在航空发动机、种植义齿稳定性检测、载运工具领域中的应用;分析了制约声表面波扭矩传感器发展所存在的问题并提出了改进方向。
关键词：声表面波；扭矩传感器；工作原理；应用中图分类号：TP212.9 文献标识码：A文章编号：1000-9787(2021)03-0005-03 Review of princijile and application of SAW torque sensor**LI Zhipeng, MENG Xu, ZHANG Chao, WANG Bonan(College of Transportation，Northeast Forestry University，Harbin150040,China)Abstract：The analysis theory，model and working m ode of surface acoustic wave(SAW)and its devices aredescribed in detail.The working p rinciple of SAW torque sensor is bined with the application ofSAW torque sensor at present,the application of SAW torque sensor in the field of aeroengine，implant denturestability detection and transportation tools is discussed in detail.The problems that restrict the development ofSAW torque sensor are analyzed and the improvement direction is put forward.Keywords：surface acoustic wave(SAW) ；torque sensor；operating principle；application0引言扭矩是反映转动工作系统工作状态的重要参数之一，扭矩的实时监测已经在航空航天、载运工具、机械设备等众 多领域中拥有着广泛的应用[1]。
声表面波的应用
声表面波传感器的应用一．声表面波简介声表面波（SAW）技术是声学和电子学相结合而形成的一门新兴边缘学科。
在该技术的基础上,现已经成功地研制出声表面波带通滤波器、振荡器、表面波卷积器和传感器等声表面波器件。
由于声表面波器件具有体积小、可靠性高、一致性好以及设计灵活等优点,所以在雷达、通信等领域的研究得到了广泛的应用。
把声表面波技术应用于传感器技术领域在近十年来得到了很大的发展。
目前, 采用技术来研制力、加速度、温度、湿度、气体及电压等一系列新型传感器的工作逐渐成为传感器研究的一个热点。
二．声表面波传感器工作原理SAW传感器构成的识别系统由一个SAW传感器标签、一个带主动式天线的阅读器和一个信号后处理单元组成。
SAW 标签由传感器天线、压电模式、指换能器和经传感器体外编码的反射区组成。
传感器天线接收由远处阅读器发送来的访问电磁脉冲信号,通过叉指换能器转化为声表面波,遇到反射条后形成回波,回波通过叉指换能器重新转化为电磁波并再次通过天线发射出去。
这些回波信号形成了由晶体表面的反射条的数目和位置决定的脉冲序列,它类似于条形码图案,每个脉冲的时间延迟取决于SAW 传播速度。
信号后处理单元对脉冲延迟变进行估计,实时解调出识别码。
天线接收到询问信号后,由IDT将电信号转换为声波信号,声波信号撞击反射区。
反射区位置不同,个数不同,会产生不同的振幅和不同的相位变化。
三．声表面波传感器的应用（1） LiNb03的声表面波应用声表面波器件(SAW)的基本原理是在压电基体上通过光刻的方法制出由相互交叉的电极(一般为铝电极)组成的叉指电极(叉指换能器)，利用基片的压电效应激发起沿着表面层传播的高频超声波，从而实现滤波、延时、脉冲压缩与扩展、卷积等多种电子学功能。
叉指换能器的基本构造如图，换能器的中心频率f0由声表面波的相速vs和电极的周期λ0确定:fo=vs/λ0，即声表面波器件的中心频率和声波的传播速率成正比，与电极的周期成反比，所以提高器件的中心频率主要在于如何提高声表面波的传播速率和缩短电极周期，又因为光刻技术的限制不可能无限制地缩短电极周期，因此当前制作高频声表面波器件的关键在于选择合适的基体材料和不断提高改进基体的晶体质量和提高压电性能，同时降低传输损耗。
声表面波器件的用途、生产制作和工艺介绍
常用表面波切型
简称
主面及传播方向
128 °Y-X 128 ° 旋转Y切X向传播
LN
铌酸锂
64 °Y-X LN
Y-Z LN
64° 旋转Y切X向传播 铌酸锂
Y切Z向传播 铌酸锂
碳化硅 100 120 180 240# W28 W1 1000# 2000 W3.
规格号 # # #
4
#
5
粒度尺 160 125 80 63
28- 14- 15.5
8.5
3.5-
寸范围
20 10
2.5
晶片粗 >7 ≥5 ≥3 1-3 糙度
0.5 0.5-0.7 0.150.3
金胜
3--
1.5— 0.8- 0.5 水晶:
5
2.2 1.5 - 0.5-1.0
1.0 其他
0.8-1.5
DQ备 晶片背面粗糙度数值为LN晶片实测典型值。晶片材料不同其
注
加工粗糙度值略有差别。
四.声表面波器件制作工艺流程
1.前工序
镀金属膜
涂胶
曝光
显影
腐蚀
基
片
探针测试
清
洗
涂胶
曝光
显影
镀金属膜
剥离
镀保护膜
后工序
Hale Waihona Puke 湿法工艺①.镀膜铝 晶片
②.涂光刻胶
光刻胶 铝
晶片
③.曝光
光刻胶 铝
UV 光
晶片
④.显影
光刻 胶
铝
晶片
⑤.刻蚀
声表面波传感器的原理及应用综述
声表面波传感器的原理及应用综述摘要：声表面波传感器能将信号集中于基片表面、工作频率高，具有极高的信息敏感精度，能迅速地将检测到的信息转换为电信号输出，具有实时信息检测的特性；另外，声表面波传感器还具有微型化、集成化、无源、低成本、低功耗、直接频率信号输出等优点。
国内目前已经形成了包括声表面波压力传感器、声表面波温度传感器、声表面波生物基因传感器、声表面波化学气相传感器以及智能传感器等多种类型。
关键词：声表面波；传感器；工作原理；应用1声表面波传感器的工作原理1.1声表面波声表面波是一种在固体浅表面进行传播的弹性波，具有多种模式，瑞利波是目前应用最广泛的一种声表面波。
不同类型的声表面波具有不同的特性，利用其制成的传感器可适用于不同场合探测。
1.2声表面波传感器的结构类型声表面波传感器的两种基本构型为延迟线型﹙delayline﹚和谐振型﹙resonator﹚。
延迟线型和谐振型声表面波传感器在结构上均由压电基片、叉指换能器和发射栅共同构成。
延迟线型声表面波传感器通过天线接收正弦激励信号，传递至叉指换能器﹙interdigital transducer，IDT﹚，正弦信号在压电基片激励出声表面波，实现声波和电信号的转换。
声表面波在压电基片上传播经过一段时间延迟到达反射栅，反射栅将部分声波反射回来，反射的声波又通过IDT转换为正弦激励信号，从而实现电声转换。
谐振型声表面波传感器将IDT置于2个全反射的反射栅间。
激励的声表面波的频率与谐振器频率相等时，声表面波在反射栅间形成驻波，反射栅反射的能量达到最大。
外部激励信号加载在输入IDT上，IDT将电信号转换为声表面波，声表面波沿压电晶体表面向两边传播，经两侧反射栅反射叠加由输出IDT输出，最终实现声/电转换。
1.3声表面波传感器的工作模式声表面波器件一般使用压电晶体﹙例如石英晶体等﹚作为媒介，然后通过外加一正电压产生声波，并通过衬底进行传播，然后转换成电信号输出。
表面声波传感器工作原理
3.2 表面声波传感器工作原理表面声波的辐度和传播速度都可以用于监测器件表面介质的化学、物理性质。
应用较多的是传播速度，因为在电子学中表面波传播速度可以以较高的精度测量（10-7）；而辐度测量精度为10-3。
精度速度的变化，可以转变为频率的变化。
在这一方表面声波器件类似于石英晶体微量天平（QMB,quartz crystal microbalance）。
为了更好地理解表面声波器件工作原理和它的特性，我们把它与石英晶体微量天平做一比较。
石英晶体微量天平由一块石英压电晶体与电极构成。
当一随时间变化的电压加在电极上时，晶格经受位移，产生弹性波，从晶体的一边，传到另一边。
波速和振荡频率与晶体表面接触物质的密度和质量有关：这里Δf 是频移（Hz），它与质量变化有关；F 是晶体的固有谐振频率（MHz ）；ΔM 是晶体表面质量变化（g），A 是晶体的表面积（㎝2）。
当晶体表面镀附一层吸收介质时，石英晶体微量天平可以制成化学传感器。
石英晶体微量天平传感器的灵敏度是一个放射性函数，最大灵敏度出现在器件中心，并向周边降低。
表面声波传感器也要求使用一块压电晶体，但与石英晶体微量天平传感器不同，电极制在压电晶体的同一面，形状为手指形交叉形（IDT S）。
当一个随时间变化的电压加上之后，晶格经历一种机械变形，它只限定于晶体表面一个特定区域，形成表面声波,如图7１所示。
图１表面声波在表面声波延迟线上的传播 (a)顶视图 (b)侧视图图2 表面声波传感器工作原理的延迟线结构中，实际上是一对传感器，组成两个表面声波延迟线,并制作在同一块基质上。
每一套表面声波延迟线，都由发射器和接收器组成。
表面声波延迟线手指交叉形电级作为发射器，发射表面声波，另一套手指交叉形电级作为接收器，把表面声波变成电信号．在图7-2 所示的传感器表面镀一层非传导的、各向同性的聚合物薄膜．其响应特性如方程２所示：这里K1、K2是石英基质材料常数；V R是瑞利波传播速度；h 是膜的厚度；ρ是密度；μ是膜材料的剪切模数，λ是朗伯（Lamb）常数；o f 是器件的固有频率。
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声表面波标签
1、声表面波射频标签
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。
2、声表面波射频标签的工作原理
SAW标签采用反射调制方式完成射频标签信息向阅读器的传送，主要由压电基片、叉指换能器、反射栅和天线组成，在压电基片上以平面电极结构制作叉指换能器和反射栅。
声表面波标签通过天线接收到高频脉冲信号，该信号传至叉指换能器，由于基片的逆压电效应，换能器激发出同频的SAW，该SAW沿基片表面传播，到达一系列紧密排列编码的反射栅后，部分能量可以反射到叉指换能器，通过基片的压电效应再次转变成电磁波由天线发射回来。
如果将反射器组按某种特定的规律设计，使其反射信号表示规定的编码信息，那么阅读器接收到的反射高频电脉冲串就带有该物品的特定编码。
通过解调与处理，达到识别标签的目的。
3、声表面波射频标签的应用
在各式各样的电子产品及无线通讯产品中，都会牵涉到信号的接收与发射。
为了确保信号的质量，在系统设计时，会使用到数量不一的滤波器。
滤波器的种类很多，有陶瓷滤波器、LC滤波器等，各依所对应之频率范围、频率响应特性、价格之不同而在使用上有所分别。
SAW滤波器是利用电磁波与声波的特性进行传播的。
表面声波是一种独特的机械波，它沿着晶体表面行进时，在垂直晶体表面的方向，能量会以指数形式衰减（就是说衰减非常非常快），而当其深入超过一个波长深度时，能量密度则降为在表面时的十分之一，因此这种波在晶体表面行进时，最主要的优点就是能量能够集中于表层。
这种独特的性质，使得声表面波元件可以很容易地运用其所携带之能量。
早期应用雷达、广播
作为六十年代末期（85后父母一代哦）才发展起来的一门新兴科学技术，声表面波技术是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度是电磁波的十万分之一（最快的飞机1000Km/h，它的1/100000是10m/h，比蜗牛似乎快一点？），在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到
的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。
声表面波的应用最早是在军用雷达、广播领域作频率稳定的滤波器之用。
军方的需求推动了SAW技术的发展。
第一个繁荣期彩电
八十年代后期到本世纪初，彩色电视机对SAW器件的大量需求，引导了声表面波器件的一个繁荣期。
回忆一下，最初的彩色电视机价格是不是很贵？为什么呢？因为在当时，一个其中的声表面波器件就
十几块钱——八九十年代的十几块钱不同于现在的十几块钱（同不少人一月的工资是一个量级啊），而且每个彩电里都要用到。
这一下带动了声表行业的发展。
也正是这个原因，声表面波产品的研制生产就不再局限于国内的几个院所了，在迎接市场信息较早并且个体经济发达的江浙一带，许多人也瞄上了它，依靠着国内廉价的劳动力和相对较大的市场需求，这批民营企业迅速发展了起来。
第二个繁荣期通信基站、直放站
九十年代中期到如今，随着2G通信中GSM、CDMA及GPS导航对声表滤波器的大量应用，声表面波器件开始了它的第二个繁荣期。
在这个时期，声表面波技术真正成熟起来，它进入了许多通信领域：无线通信（各类电台）、卫星通信（GPS、北斗）、微波通信（广播）、移动通信（2G、3G、4G基站、直放站，路由、移动终端等），特别是移动通信业务的快速发展，使得声表面波技术在小型化和高频化方面获得了长足的发展。
不过国内厂商由于受制于关键设备和工艺等，目前尚未有国产器件进入移动终端（手机）的应用之中。
在此阶段，成立于中关村高科技园区的北京中讯四方科技股份有限公司，凭借先进的管理模式和严格的质量管理体系，逐渐跻身国内声表面波器件厂商的顶级行列。
经过多年的资源整合，设备引进，打造出了国内一流水平的声表设计、工艺团队和一条高精度声表面波芯片生产线，开始了与国外同类产品的竞争之路。
第三个繁荣期
3、4G时代终端、基础设施
互联网经济快速发展的今天，移动终端产品之一的手机开发出了应有尽有、五花八门的应用，在这些应用的背后，是微电子基础器件和模块的支撑。
对于一个有着重大影响力的国家，我们不能在基础器件上受制于人。
现在，移动通信3、4G时代终端和基础设施对声表器件提出了新需求，国外在声表面波器件小型模块化和新材料方面已经领先我们许多。
所以，下一步，我们该如何应对，已经成为这个时代的课题。
第四个繁荣期作为物联网传感器和标签的广泛应用
通过设计一些特殊结构，声表器件可以测试出物体物理特征的变化，比如温度、压力、扭矩等，还可以测量气体成份，因此可以作为物联网前端采集传感芯片使用。
声表器件也可作为标签使用，由于它是直接通过芯片上的结构来编码，具有不可改写的特点，在一些高端防伪方面有着独特的优势。
再加上声表器件无线无源、又可远距离读取等应用特点，未来它将会随着物联网的逐步铺开，形成更广泛的应用。